科研人員利用複合相變儲能材料優化電子器件熱管理

【環球網科技綜合報道】9月3日消息，根據中國科學院官網信息，新型傳熱技術對電子器件的正常運行至關重要，熱管理能力不足可能導致其性能下降及關鍵組件故障。電子器件具備高集成度、高能量密度和強充放電能力，其在瞬態過程中產生的高熱通量或帶來潛在的安全風險。相變熱界面材料應用於電子器件散熱能夠提高導熱性能並降低熱阻，但其導熱性、儲熱能力、穩定性、靈活性和經濟性等要求相互制約。目前，有效疏散瞬態高熱通量的熱管理技術是高功率密度電子器件面臨的難題之一。

中國科學院青海鹽湖研究所研究團隊以三水醋酸鈉為相變材料，通過多孔膨脹石墨構建封裝空間，設計了無機相變薄膜。研究通過膨脹石墨在不同方向層間交聯形成3D多孔支撐骨架構建“熱橋”，實現了熱量多維度傳遞。當電子器件臨界熱失控，相變薄膜主動儲存熱量，“熱傳導+熱吸收”雙重熱管理機制可緩衝電子器件瞬時熱通量，同時PVDF的引入使相變薄膜獲得熱誘導柔性、良好的阻燃與電絕緣性能。這一工作使熱失控電池模塊温度降低10 ℃，CPU表面温度降低20 ℃。

進一步，該研究設計了新型雙連續相變熱界面材料，由石蠟和柔性分子苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）組成儲熱相（PCM），由粘附性聚氨酯和導熱介質氮化硼組成導熱相。研究通過剪切力和優化的兩相體積比促進氮化硼取向，在高PCM含量的雙連續結構中形成織構化的導熱網絡。同時，研究引入SBS以提高材料抗彎性和熱穩定性。這一工作使可穿戴設備的表面温度降低23℃。

上述工作為新能源汽車電池、高性能計算及可穿戴電子產品熱管理的應用奠定了一定理論基礎並提供了實踐參考，也為提高電子系統的可靠性和安全性提供了新策略。

據悉，相關研究成果分別發表在《能源》（Energy）和《化學工程雜誌》（Chemical Engineering Journal）上。（青雲）